有人说,在科技博客圈子里,可穿戴设备是一个听到就让人想睡觉的词。
Twitter 已经热闹了至少一年了。
2019年成为可穿戴设备突破的一年。
2019年的CES上也展出了很多可穿戴设备。
虽然行业巨头并没有像与行业脱节一样涌入这个市场,但问题是没有任何设备能够说服大多数人“佩戴”在自己的身上。
身体。
除了“经验”这一模糊的说辞之外,技术可能还需要长期考虑。
难点:仍然需要克服可穿戴设备的主要技术挑战,以实现尽可能最低的系统功耗,这也需要使用创新的算法和传感器。
目前可穿戴设备基本都是通过各种传感器测量相关指标,以MCU或AP为主控,加上传统蓝牙、低功耗蓝牙或NFC等技术进行无线通信。
虽然这些技术单独来看都比较成熟,但将它们组合起来满足可穿戴设备的需求,远不是“搭积木”那么简单。
德州仪器(TI)MSP中国业务发展经理刁勇表示,从技术角度来看,主要有两个难点:一是可穿戴设备由电池供电,需要较长的待机和使用时间,才能实现尽可能低的成本。
。
系统功耗是主要的技术挑战。
其次,测量心跳等物理数据需要创新的算法和传感器,这对开发人员来说是一个全新的领域。
恩智浦大中华区便携式设备与计算产品部高级营销总监石晶彦表示,功耗、电池寿命和传感器都是阻碍可穿戴设备市场发展的因素,这些领域将持续成为可穿戴设备市场关注的焦点。
未来的创新。
博通中国销售总监钱志军认为,紧凑、便携是可穿戴设备的重要特征,而来自功耗的挑战值得关注。
从实际设计来看,还有很多细节需要考虑。
安森美半导体应用产品部(医疗)高级营销工程师奚金淼指出,以可穿戴助听器为例,不存在不可逾越的技术障碍,但在设计上仍然存在一些挑战,比如如何提供出色的声音质量和计算能力?如何在低电源电压条件下(可能低至1.0V)最大限度地降低功耗?如何最小化物理尺寸?在信号处理硬件平台方面,如何选择合适的DSP架构和DSP?如何提高软件的灵活性?如何选择合适的无线连接技术等等,这些“细节”可能决定最终的成败。
而让可穿戴设备“借力”则是两全其美。
博通总裁兼首席执行官兼董事会成员 Scott A. McGregor 表示,可以充分利用现有智能手机和平板电脑强大的处理能力来处理可穿戴设备收集的数据,例如生命体征、运动指标或睡眠质量。
,这不仅可以降低对可穿戴设备处理能力的要求,还可以降低功耗。
反过来,可穿戴设备的成本也会降低,消费者可以以更低的价格购买。
MCU:Cortex-M系列占主导地位超长的电池寿命是大多数可穿戴设备的关键设计因素,而基于ARM Cortex-M处理器的MCU是最佳解决方案。
MCU作为可穿戴设备的主控器件,实现低功耗作为其最高的“生存法则”。
从市场角度来看,基于ARM的Cortex-M在低功耗应用中具有优势,但基于Cortex-A的MCU也出现在可穿戴设备市场。
Silicon Labs美洲市场总监Raman Sharma认为,虽然基于Cortex-A的产品概念设计是一个很大的宣传噱头,但该设计不切实际,难以满足当今大多数可穿戴设备的超低功耗要求。
他进一步解释说,虽然 ARM Cortex-A 系列 MCU 可能是基于 Android 的便携式设备的绝佳选择,但这些设备是为频繁充电而设计的。
在可穿戴设备中实现 Cortex-A 的高性能是以高能耗为代价的,一次充电只能持续几天。
由于超长电池寿命是大多数可穿戴设备的关键设计因素,因此基于 ARM Cortex-M 的 MCU 是可穿戴设备设计的最佳解决方案。
从市场角度来看,大多数厂商都倾向于使用Cortex-M内核。
意法半导体(ST)高级营销工程师任远表示,目前可穿戴设备中的微控制器大多基于ARM内核。
例如,ST基于Cortex-M内核的STM32系列MCU以低功耗和小封装着称。
获得了业界的青睐。
奚金淼表示,以安森美半导体的Ezairo片上系统为例,该器件采用4核架构,包括完全可编程的双MAC 24位DSP内核、支持无线协议的ARM Cortex-M3处理器内核、以及高度灵活的 HEAR 可配置加速器引擎。
无线技术:彼此的优点和缺点。
现有的每种无线技术都有其自身的优点和缺点。
业界仍缺乏一种既能结合无线技术优点又能克服其缺点的无线通信标准。
随着可穿戴设备变得越来越流行,利用无线技术进行连接将是发挥其潜力的关键。
各有所长的无线连接技术中,谁能胜出?半导体厂商的选择,要么单点开花,要么多路推进,但无论怎样,都必须“承受”功耗的问题。
Raman Sharma表示,低功耗蓝牙被视为可穿戴产品中最理想的低功耗、点对点无线连接解决方??案,可用于连接智能手机的健身追踪器和智能手表。
任远还表示,由于需要低功耗,蓝牙目前为止还是更适合可穿戴设备。
罗姆还表示,目前蓝牙和Wi-Fi都在使用。
由于连接方便、功耗低等特点,人们更加看好蓝牙的未来应用,特别是蓝牙低功耗(BLE)技术。
“蓝牙和Wi-Fi各有优势,我们会根据产品的设计选择合适的通信技术。
”索尼移动通信大中华区副总裁兼市场部负责人郑树人表示,“目前,索尼的大部分硬件基本都实现了内置NFC芯片,可以轻松实现设备之间的一键连接,无需繁琐的操作。
” ”石敬焱还认为,无线连接技术有多种选择,包括BLE、Zigbee或其他网络。
状态网络协议以及 NFC。
从低功耗通信和安全的角度来看,NFC将在可穿戴设备中发挥关键作用。
另外值得注意的是超低功耗 (ULP) 连接的可用性。
Nordic首席执行官Svenn-Tore Larsen认为,当今具有蓝牙v4.0(或Bluetooth Smart Ready)功能的智能手机和平板电脑一般是通过包含蓝牙低功耗(BLE)或ANT+ULP技术的配件来实现的。
无缝无线通信为新一代智能手表提供了催化剂,Nordic 为两种 RF 软件协议提供了解决方案。
从具体应用来看,无线技术仍然需要“分门别类”。
就助听器使用的无线技术而言,包括近场磁感应(NFMI)、蓝牙和2.4GHz无线技术。
奚金淼指出,NFMI范围有限,但能耗极低,适合助听器之间的无线通信。
2.4GHz无线技术的范围较远(约7至9米),但消耗的能量较高,适合助听器和其他电子设备(如智能手机)之间的无线通信。
蓝牙通常用于中继设备和蓝牙兼容音频源之间的无线通信。
“现有的这些无线技术各有优缺点,业界仍缺乏一种结合上述无线技术优点同时克服其缺点的助听器无线通信标准。
”习近平说,“目前一种可行的办法是采用‘双无线’技术,比如安森美半导体的Ezario,既兼容NFMI,又兼容2.4GHz射频技术。
“从趋势来看,Wi-Fi、蓝牙、NFC、GPS等强大的无线技术已经奠定了基础,无线组合芯片也在这一领域快速发展。
钱志军认为,可穿戴设备需要一个便捷的Powered by easy-要实现但先进的技术,无线组合方案不仅需要高集成度,还需要大幅降低功耗。
传感器:未来移动医疗将逐渐融入到越来越多的生物设备中。
任远表示,在可穿戴设备层面,传感器肯定是“最大”的,目前市场上有很多传感器,包括陀螺仪、磁力计、可利用气压计、温湿度计完成各种动作识别、手势识别,帮助消费者实现健康应用。
他进一步指出,未来移动医疗将逐渐融入可穿戴设备,而且越来越多。
越来越多的生物和光传感器将被添加到可穿戴设备中,以测试血压、血氧和心率等健康指标。
随着可穿戴医疗设备的发展,那些能够实现医疗指标(如体温、血糖等)监测和健康监测的传感器将有广阔的发展空间。
史敬彦表示,目前MEM型运动和位置传感器的需求占主导地位,但环境传感器和生物传感器在这一市场关键增长领域有很大发展。
潜在的。
此外,传感器也对接口电路提出了新的要求,习近平表示。
传感器的尺寸往往更小,消耗的能量也更少,同时需要定制的传感器接口专用集成电路(ASIC)。
例如,传感器可能需要高压偏置。
配置并同时生成极低电平信号。
传感器接口ASIC可以集成高压和低压电路以降低复杂性,这比使用分立器件解决方案更好。
同时,传感器接口ASIC解决方案可以提供高度的信号通道隔离和低噪声,这一点非常好。
适合传感器应用需求。
制造商查看 Nordic CEO Svenn-Tore Larsen 无线连接技术推动新应用开发 从应用角度来看,智能手表和紧凑型无线传感器采用蓝牙 v4.0(最近升级到蓝牙 v4.1)提供无线连接,目前非常可穿戴设备技术的代表。
同时,它们能够利用 ANT+ULP 无线技术(这是蓝牙低功耗技术的竞争技术,用于两个蓝牙传感器)。
或 ANT 技术,可穿戴设备和移动设备之间的连接将推动许多新应用的开发。
原生支持蓝牙 v4.0 并在 iOS、Windows 8 或 Android 操作系统下运行的蓝牙智能就绪设备现已广泛使用。
这些设备可以与智能手表无缝配对,允许用户阅读文本、查看来电者,甚至使用智能手机上的应用程序。
Nordic的最新产品nRF51系列是优化的2.4GHz ULP无线连接解决方??案。
nRF51 系列片上系统 (SoC) 结合了创新硬件,可大大简化并加速代码开发。
意法半导体(ST)高级营销工程师任远需要考虑数据安全。
可穿戴设备的数据需要在云端进行分析,开发者需要与云服务器提供商集成。
目前,越来越多的云服务器提供商和互联网公司也加入到可穿戴设备的开发中,提供获取客户基础数据的硬件并建立后端数据库。
这些数据的安全性正是互联网企业所需要的。
需要考虑的问题。
意法半导体可以为可穿戴设备提供微控制器、传感器、低功耗蓝牙、电源管理芯片和其他模块。
通过与业界主流厂商合作,我们成功地将前沿技术与低功耗MCU相结合,并协助他们建立了整个生态系统。
ST可以提供最适合可穿戴设备的低功耗MCU,例如STM32L系列。
RTC 在低功耗模式下打开,仅需要 nA 电流即可将 RAM 数据保持在最低限度。
刁勇,德州仪器(TI)MSP中国区业务开发经理,完整的系统级解决方案有助于解决可穿戴设备设计中的两大挑战。
TI的产品和解决方案具有以下两大优势,帮助客户轻松实现可穿戴设备的设计:第一是完整且高度集成的低功耗硬件平台。
首先,TI的MSP微控制器是业界功耗最低、最全面的超低功耗微控制器系列。
我们提供超过20种MSP型号,超过25种封装模式(最小尺寸2mm×2mm),最大支持KB Flash/64KB RAM,可以满足大多数可穿戴设备MCU需求。
二是CC低功耗蓝牙解决方案和全面的NFC产品线,实现低功耗无线连接。
第三是高度集成的模拟前端。
二是完整的系统级解决方案。
目前,TI开发的可穿戴设备和Health Hub演示产品可以测量心率、血氧等功能,适用于医疗保健和运动相关领域。
博通中国销售总监钱志军,无线充电技术加速行业变革。
可穿戴市场要腾飞,需要设备具有低功耗、位置感知功能以及可以随时随地连接的设备。
这些产品将与智能设备相结合。
设备的连接能力至关重要,因为它不仅提供了收集数据的窗口,而且还充当将数据发送到云端的中央枢纽。
智能手机和平板电脑使用无线技术来发送和接收这些数据,这可以大大降低可穿戴设备的数据处理要求和功耗。
反过来,也降低了制造商和消费者相应的成本。
此外,无线充电技术也为可穿戴设备带来了巨大的机遇。
无论是将设备放置在充电托盘上还是收集射频能量,能够从周围环境快速为设备充电将对这些设备的发展产生重大的积极影响。
无线输电和能量收集将推动整个行业的变革。
恩智浦半导体大中华区便携式设备和计算产品高级营销总监施晶岩,NFC将发挥关键作用功耗、电池寿命、用于连接的超低功耗半导体和传感器都是阻碍NFC发展的因素可穿戴设备市场。
这些领域将成为创新的重点。
由于其先进的处理能力、低功耗和易用性,基于 ARM 的微控制器似乎成为可穿戴设备革命的核心,也是唯一可用的。
对于无线连接,我们有多种选择,包括 BTLE、Zigbee 或其他网状协议以及 NFC。
从低功耗通信和安全的角度来看,我们相信NFC将在可穿戴设备中发挥关键作用。
一般来说,连接性取决于应用程序。
但对于与可穿戴设备的安全交互,我们预计 NFC 和安全元件具有巨大潜力。
目前,对 MEM 型运动和位置传感器的需求占主导地位。
王华,罗姆半导体(上海)有限公司高级经理,致力于可穿戴设备一站式解决方案。
ROHM提供多种解决方案。
以智能手表(手环)为例,罗姆可以提供业界顶尖的低功耗MCU和蓝牙低功耗(BLE)解决方案,再加上已广泛应用于智能手机的Kionix(罗姆子公司)MEMS传感器,以及罗姆的红外和低功耗技术。
可见光传感器等。
ROHM可以提供整体交钥匙解决方案,在业界已推出的品牌手表/手环中得到了很好的应用。
此外,罗姆的超小型分立器件,包括通过新工艺和新技术实现了全球最小尺寸的RASMIDTM系列,将为不断增长的可穿戴设备市场做出更大的贡献。
LAPIS(ROHM旗下子公司)推出了基于独有的U8内核或ARM内核的超低功耗MCU,并提供基于多种传感器的数据融合算法,为客户提供整套应用解决方案。
Raman Sharma,Silicon Labs 美洲营销总监,节能 32 位 MCU 满足需求 Silicon Labs 提供业界最节能的 32 位 MCU,非常适合功耗敏感、电池供电的可穿戴应用。
Silicon Labs 的 EFM32 Gecko MCU 提供业界领先的能源效率、较长的电池寿命、出色的处理性能以及高度集成的小型封装。
Gecko MCU 的低功耗传感器接口 (LESENSE) 和外围反射系统 (PRS) 对于具有超低功耗负载的可穿戴设备非常有吸引力。
即使 MCU 处于深度睡眠模式,LESENSE 接口也能够收集和处理传感器数据,这使得 MCU 能够在跟踪传感器状态和事件的同时长时间保持在低功耗模式。